帷幕灌漿在內(nèi)蒙古小沙灣水廠1號輻流池滲漏處理中的應(yīng)用

王海忠

（山西省晉中市水利建筑工程總公司 山西晉中 030600）

1 帷幕灌漿的目的

帷幕灌漿是在壩基或建筑物基礎(chǔ)內(nèi)，用壓力灌漿的方法將漿液灌入到巖石或地基的裂隙中去，形成一道或多道防滲的條帶，類似帷幕形狀，稱為帷幕灌漿。其主要作用是截斷滲流通道，提高地基整體穩(wěn)定性。

帷幕灌漿的主要目的是：

1）截斷基礎(chǔ)滲流，以滿足水庫及大壩設(shè)計的經(jīng)濟效益。

2）降低基礎(chǔ)揚壓力，從而使斷面減小，節(jié)約工程量，降低造價，縮短工期。

3）防止集中滲流，避免在基礎(chǔ)中發(fā)生沖刷、管涌，保證壩基滲透穩(wěn)定和大壩安全。

2 工程概況

內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田小沙灣水源工程1990年動工興建，1994年10月組織了試運行，在試運行時1號、2號、3號安全池，1號、2號輻流池均發(fā)生嚴(yán)重漏水，并伴隨有溶洞塌陷情況。1995年采用靜壓回填灌漿方法進行了補強處理，滲漏量明顯減少，灌漿效果明顯，安全運行了多年。

2006年8月，1號輻流池蓄水運行中,池底面發(fā)現(xiàn)了局部塌陷、斷裂及沉降，造成事故的原因為廊道及中心筒部位止水失效，其下部回填土粒徑太細，滲透破壞嚴(yán)重，地基掏空，導(dǎo)致輻流池?zé)o法運行，并嚴(yán)重影響輻流池的穩(wěn)定安全。針對輻流池發(fā)現(xiàn)的工程問題，特別是底板塌陷，內(nèi)蒙古自治區(qū)水利勘測設(shè)計院在輻流池內(nèi)布置了6條勘探剖面共31個鉆孔，以及26條地質(zhì)雷達剖面，并采用孔內(nèi)電視對鉆孔內(nèi)地層情況進行揭示，共進行壓水試驗31段。根據(jù)勘探資料分析，池內(nèi)所有鉆孔透水率均在40 Lu以上，且大多數(shù)鉆孔透水率在400 Lu以上，嚴(yán)重透水，說明地下巖層的巖溶及裂隙極發(fā)育。根據(jù)運行情況，輻流池發(fā)生嚴(yán)重漏水，主要是止水不好造成的，排泥廊道邊墻與混凝土板結(jié)合部位、混凝土面板的接合縫以及混凝土面板的裂縫是池內(nèi)的集中滲漏通道，池水一旦穿過混凝土板后，大部分沿著強風(fēng)化巖體，以及人工回填的土石層，向四周排泄，局部地區(qū)進入溶洞層，形成集中排泄區(qū)。排泄水流極易將土層中細顆粒物質(zhì)帶走，形成空洞，從而造成底板破壞，東部溶洞及回填土特征反映明顯，據(jù)鉆探證實，部分地段已經(jīng)產(chǎn)生空洞，回填土主要以碎石土為主，結(jié)構(gòu)分散，分布范圍南北長約50 m，東西寬約25 m，對底板構(gòu)成嚴(yán)重威脅，必須對其進行灌漿處理。

3 帷幕灌漿主要施工方法

灌漿分為兩序，依照先外圍，后內(nèi)圈的原則進行施工。

3.1 施工工藝流程

灌漿采用全孔一段，孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法，單孔施工工藝流程為：

造孔—沖洗—壓水試驗（灌漿總孔數(shù)的10%）—灌漿—封孔—孔位轉(zhuǎn)移。

3.2 鉆孔

1）鉆孔采用XY-2B型地質(zhì)鉆機，鉆頭采用復(fù)合片鉆頭鉆進，鉆孔為垂直孔，孔徑90 mm，孔位偏差小于20 cm。

2）洗孔以清水為洗孔液。洗孔回水清澈后延續(xù)10 min即可結(jié)束洗孔，沖洗壓力應(yīng)小于本段灌漿壓力的80%。

3.3 檢查孔和取芯孔的鉆孔要求

1）根據(jù)項目監(jiān)理工程師及設(shè)計方指定的鉆孔采取取芯鉆進的方法，按鉆進回次統(tǒng)一編號，按回次編寫巖芯牌，按規(guī)定裝箱，檢查孔與取芯孔已繪制鉆孔柱狀圖和進行巖芯描述。

2）在鉆孔鉆進過程中，對地層和混凝土特性因素，進行了認真地描述和記錄，并及時報告現(xiàn)場監(jiān)理工程師。

3）主要鉆孔巖芯的處理和存放地點、存放方式按照監(jiān)理部工程師指令進行，并做好保存，防止失散和混裝。

3.4 沖洗

1）灌漿孔在灌漿前用壓力水進行裂隙沖洗，沖洗壓力應(yīng)不小于本段灌漿壓力的80%。沖洗至回水澄清10 min后結(jié)束，且總的時間不少于30 min。

2）洗孔以清水為洗孔液，對回水達不到澄清的孔段，應(yīng)繼續(xù)進行沖洗，孔內(nèi)殘存的沉積物厚度不得超過20 cm。

3）灌漿孔（段）裂隙沖洗后，該孔（段）應(yīng)立即連續(xù)進行灌漿作業(yè)。

3.5 壓水試驗

壓水試驗采用一個壓力點。壓力為灌漿設(shè)計壓力的80%，每5 min讀一次數(shù)據(jù)，壓力及水位穩(wěn)定后，當(dāng)連續(xù)四次讀數(shù)滿足以下條件之一即可結(jié)束壓水試驗。

A)最大值減最小值小于最終值的10%；

B)最大值減最小值小于1L/min。

3.6 灌漿

灌漿時應(yīng)遵循以下原則：

1）先灌注Ⅰ序孔，后灌注Ⅱ序孔；先灌注外圍孔，再灌注內(nèi)圈孔。

2）灌漿材料選用42.5普通硅酸鹽水泥，按設(shè)計及業(yè)主要求，如遇吃漿量大時，可摻入一定量的II級粉煤灰，粉煤灰與水泥的重量比小于等于3：7。

3）灌液配比按（5、3、2、1、0.8、0.5）:1 水灰比（重量比）制漿。6個級別逐級加濃灌注。變換濃度時，每一級配比漿液不得少于300 L，當(dāng)注入率大于30 L/min時（打不起壓力或水泥漿液供不上）可越一級加濃。根據(jù)實際情況，如注入率較大時，起始水灰比可為3：1

4）在灌漿過程中應(yīng)注意觀察漿液比重與溫度變化，漿液溫度低于5℃時應(yīng)停止灌漿或采取加溫措施。漿液比重不符合要求時應(yīng)加入水泥或水，直至達到標(biāo)準(zhǔn)為止。

5）已經(jīng)制備好的漿液超過4 h應(yīng)作為廢渣處理，嚴(yán)禁灌入孔內(nèi)。

6）灌漿壓力：邊排孔內(nèi)Ⅰ序孔為0.15 MPa,Ⅱ序孔和檢查孔為0.2 MPa。壓力讀數(shù)應(yīng)小于設(shè)計壓力，具體值應(yīng)視地下水位埋深、漿液比重及壓力表高度而定。

7）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在設(shè)計灌漿壓力下，灌漿段的注入率不大于1L/min，延續(xù)30 min即可結(jié)束灌漿。

8）封孔采用“導(dǎo)管注漿封孔法”。采用0.8：1有膨脹水泥漿液按設(shè)計壓力封灌，一次填充不滿者可兩次或多次封灌。

3.7 制漿

1）水泥：采用普通硅酸鹽42.5水泥，出廠三個月后不得使用，不得使用受潮結(jié)塊的水泥。水泥的細度通過80 mm方孔篩的篩余量不大于5%。

2）水：灌漿用水應(yīng)符合《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》JGJ63-89第3.0.4條規(guī)定，溫度不得高于40℃。

3）摻合料和外加劑，如速凝劑、減水劑、穩(wěn)定劑等應(yīng)符合DL/T5148-2001的規(guī)定，需經(jīng)現(xiàn)場工程師批準(zhǔn)，摻入量通過試驗確定。

4）采用雙桶340 L攪拌機制漿，人工上料，散裝，水泥按袋每50 kg為一單位計算，水由水表計量。灌漿使用BW-250型灌漿泵，高壓膠管輸送漿。

5）純水泥漿的攪拌時間應(yīng)大于3 min，漿液自制備到用完的時間不宜大于4 h，超過4 h需棄漿。各種比級的水泥漿液密度用比重計經(jīng)常測量并記錄。

3.8 施工現(xiàn)場必須認真填寫鉆孔、灌漿記錄

1）鉆探班報填寫內(nèi)容要詳細，資料準(zhǔn)確。遇有空洞掉鉆或溶洞充填物埋鉆、進尺速度突變等情況時，要及時記錄此時孔深及現(xiàn)象。

2）壓水試驗記錄表一定要按規(guī)范所規(guī)定內(nèi)容填寫，穩(wěn)定及結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)按規(guī)范執(zhí)行。

3）灌漿記錄表按表中規(guī)定欄目填寫，觀測間隔時間為5 min，表格一律用鋼筆填寫，內(nèi)容要準(zhǔn)確、詳細、清楚，字跡工整。

4）壓力表安裝在孔口回漿管路上，壓力值取壓力表指針擺動的中值，指針的擺動范圍應(yīng)小于灌漿壓力的20%，擺動范圍應(yīng)作記錄。

4 特殊情況處理

1）在鉆孔中，發(fā)生塌孔難以鉆進時，應(yīng)采用黏土漿液固壁進行鉆進。鉆孔過程中如在灌漿范圍之上發(fā)生塌孔,可先用水泥封灌,待凝后重新打孔.

2）灌漿過程中如果突然斷電,應(yīng)立即清洗灌漿泵、攪拌機、管路和栓塞等，以防漿液凝固堵塞管路和設(shè)備。

3）灌漿過程中發(fā)現(xiàn)冒漿時，應(yīng)視具體情況采用嵌縫、表面封堵、加濃漿液、降低壓力、間歇灌漿等方法處理。

4）灌漿過程中若發(fā)生串漿，如灌漿孔具備灌漿條件時，可同時進行灌漿，但必須一泵一孔同時灌漿，否則應(yīng)塞住串漿孔，待灌漿結(jié)束后，再對被串漿的孔重新進行掃孔。

5）灌漿過程中灌漿壓力或注入率突然改變較大時，應(yīng)立即查明原因，采取相應(yīng)的措施處理。

6）灌漿過程中應(yīng)定時用比重計測定漿液密度并記錄，灌漿結(jié)束時，亦應(yīng)測定漿液比重，并做出記錄。當(dāng)發(fā)現(xiàn)漿液性能偏離指標(biāo)較大時，應(yīng)查明原因，及時處理。

7）灌漿過程中若遇到滲漏通道或溶洞時，采用水泥、細沙、粉煤灰、混合漿液進行充填，然后再進行正常灌漿。

5 施工質(zhì)量檢測結(jié)果

灌漿的質(zhì)量檢測，主要以灌后檢查孔壓水試驗為主，同時進行聲波檢測、鉆孔取芯等輔助方法來檢測。

1）本工程所有檢查孔透水率均小于5 Lu，水泥注入量平均為2.41 kg/m，說明灌漿段已不再吃漿，達到設(shè)計要求，灌漿段內(nèi)的空洞及縫隙已被水泥漿有效封堵。

2）聲波檢測由內(nèi)蒙古水利勘測設(shè)計院負責(zé)進行測試，測試結(jié)果反映效果良好。

3）本工程共鉆孔取芯12個，從所取芯樣分析，原有回填碎石土中，經(jīng)灌漿后，已形成碎石土與水泥混合物，并有部分水泥結(jié)塊；破碎基巖層中有水泥物填充，說明灌漿密實，有效封堵了滲漏通道及空洞，提高了地基承載力。

6 經(jīng)驗與建議

在灌漿工程中，常常會遇到灌漿的實際水泥注入量會比設(shè)計水泥用量大很多的情況（本工程中水泥單耗平均達到318.4 kg/m，超過了設(shè)計量150 kg/m的一倍多），對于此類工程，必須進行仔細、科學(xué)的分析，如果由于灌漿區(qū)地層空洞較多，巖石裂隙發(fā)育比較完全，導(dǎo)致吃漿量大，為了既達到灌漿的質(zhì)量效果，又能節(jié)省投資的目的，對于吃漿量大的孔應(yīng)采用合理的方法進行灌漿：

1）提高灌漿開灌比，由設(shè)計的起灌比為5:1提高到為3:1，可以在灌漿有效范圍內(nèi)及時進行灌注，節(jié)省時間，減少灌漿材料的浪費。

2）采用間歇灌漿的方法，一般每間隔10~12 h以上進行一次復(fù)灌，直至孔內(nèi)不再吃漿為止，可以充分保證灌漿的質(zhì)量。

3）在水泥漿液中摻入一定量的粉煤灰，粉煤灰與水泥的重量比不大于3:7，因為粉煤灰作為一種活性材料，在與水泥漿混合使用時，可歸納為以下幾個特點：①粉煤灰的選用必須采用Ⅱ級以上。如級別太低，粉煤灰中所含硫化物等雜質(zhì)過高，會導(dǎo)致帷幕體強度下降，達不到設(shè)計要求。②由于粉煤灰的細度非常小，可填充到水泥顆粒的空隙中，從而增加了混合漿液的密實性，起到抗凍、防滲的效果。③粉煤灰具有減少水分的作用，可充分增加混合漿液的和易性。④粉煤灰還有降低水化熱的作用，可以減少混合漿液內(nèi)部與表面的溫差變化。⑤粉煤灰的沉淀速度較快，可在較短的時間內(nèi)，將空洞及裂隙填充起來，減少水泥漿液由于流的太遠，而造成灌漿材料不必要的浪費。⑥由于粉煤灰為火電廠產(chǎn)生的主要廢料，用到灌漿上可以變廢為寶，保護環(huán)境。

總之，本工程在使用了水泥粉煤灰混合漿液作為灌漿材料，取得了較好的灌漿效果，因此在遇到吃漿量大的地層時，建議使用水泥粉煤灰混合漿液作為灌漿材料，達到節(jié)省材料、降低成本、縮短工期和保證工程質(zhì)量的目的。